Summary

Puberty blockers (drugs that pause puberty) are often called a reversible pause, but little is known about their effect on the testicles. Mayo Clinic researchers examined tissue stored from children having surgery to preserve fertility. All 16 born-male patients with gender dysphoria in their tissue bank had taken puberty blockers. Treated children's tissue showed mild to severe shrinking of the sperm-making tubes; one 12-year-old on a blocker plus oestrogen had 59% of tubes completely shrunken. Detailed cell tests on one 14-year-old after more than four years on blockers found sperm-forming cells stuck at an early stage, and computer models judged the tissue to be like a child's before puberty. The authors say this raises 'a potential concern' about full reversibility. It is an early, unchecked signal: few treated patients, mixed drugs, no follow-up after stopping, no fertility measure.

Key findings

• Spośród 87 pacjentów w banku tkanki jąder dzieci w Mayo Clinic 16 (18%) miało dysforię płciową. Wszyscy 16 przyjmowali blokery dojrzewania, a 9 (56%) przyjmowało je w czasie operacji zachowania płodności.
• Leki zaliczone do „blokerów dojrzewania” obejmowały prawdziwe blokery (leuprolid, histrelina, tryptorelina), ale także estrogen i inne leki hormonalne (medroksyprogesteron, spironolakton), przyjmowane przez 3–52 miesiące. Średni wiek w czasie operacji wynosił 12,5 roku.
• Wszyscy pacjenci z dysforią płciową wybrali operację usunięcia tkanki zamiast oddania próbki nasienia, ponieważ nie chcieli lub nie mogli mieć wytrysku. U 2 z 9 leczonych pacjentów podczas badania stwierdzono nieprawidłowości jąder.
• Przy analizie około 50 kanalików na dawcę u 19 dawców bez raka gęstość komórek w kanalikach rosła z wiekiem u dzieci nieleczonych, ale nie zmieniała się z wiekiem u dzieci leczonych. U jednego 12-latka przyjmującego bloker i estrogen przez 14 miesięcy 59% kanalików było całkowicie skurczonych, z drobnymi złogami wapnia.
• Szczegółowe testy genów w pojedynczych komórkach od jednego 14-latka po ponad 52 miesiącach leczenia (11 199 komórek, połączonych z danymi publicznymi do 130 100 komórek) wykazały, że ponad 90% komórek tworzących plemniki utknęło na wczesnym etapie, oraz nietypowe stany komórek podporowych, które opiekują się rozwijającymi się plemnikami.
• Model komputerowy wytrenowany na zaledwie 10 osobach (5 dzieci przed dojrzewaniem, 5 młodych dorosłych) ocenił tkankę leczonego 14-latka jako podobną do tkanki dziecka przed dojrzewaniem. Sami autorzy mówią, że mała grupa treningowa jest poważną słabością.
• Autorzy wnioskują, że kurczenie się i niedojrzałe komórki „budzą potencjalne obawy” dotyczące pełnej odwracalności i przyszłej płodności. Badanie nie sprawdzało powrotu do stanu wyjściowego po przerwaniu ani nie mierzyło płodności.

Abstract

Spermatogonial stem cell (SSC) acquisition of meiotogenetic state during puberty to produce genetically diverse gametes is blocked by drugs collectively referred as 'puberty blocker' (PB). Investigating the impact of PB on juvenile SSC state and function is challenging due to limited tissue access and clinical data. Herein, we report largest clinically annotated juvenile testicular biorepository with all children with gender dysphoria on chronic PB treatment highlighting shift in pediatric patient demography in US. At the tissue level, we report mild-to-severe sex gland atrophy in PB treated children. We developed most extensive integrated single-cell RNA dataset to date (>100K single cells; 25 patients), merging both public and novel (52 month PB-treated) datasets, alongside innovative computational approach tailed for germ cells and evaluated the impact of PB and aging on SSC. We report novel constitutional ranges for each testicular cell type across the entire age spectrum, distinct effects of treatments on prepubertal vs adult SSC, presence of spermatogenic epithelial cells exhibiting post-meiotic-state, irrespective of age, puberty status, or PB treatment. Further, we defined distinct effects of PB and aging on testicular cell lineage composition, and SSC meiotogenetic state and function. Using single cell data from prepubertal and young adult, we were able to accurately predict sexual maturity based both on overall cell type proportions, as well as on gene expression patterns within each major cell type. Applying these models to a PB-treated patient that they appeared pre-pubertal across the entire tissue. This combined with the noted gland atrophy and abnormalities from the histology data raise a potential concern regarding the complete 'reversibility' and reproductive fitness of SSC. The biorepository, data, and research approach presented in this study provide unique opportunity to explore the impact of PB on testicular reproductive health.

Conclusion

The authors report mild-to-severe testicular tubule atrophy in puberty-blocker-treated children and an immature, prepubertal-like profile in the testis of a patient treated for more than 52 months. They conclude that, combined with the gland atrophy and histological abnormalities, this raises 'a potential concern regarding the complete reversibility and reproductive fitness' of spermatogonial stem cells. They also report rare post-meiotic (spermatid-like) cells in prepubertal tissue, irrespective of age, puberty status or treatment. They say the biorepository, data and research approach 'provide unique opportunity to explore the impact of PB on testicular reproductive health.'